3D模型主要是通過材質(zhì)（Material）和貼圖（Texture）來表現(xiàn)其精美的外表，說白了就是一張“畫皮”而已。我們之前的DirectX課程中介紹過材質(zhì)，它實(shí)際就是對光的反射率，這樣簡單的設(shè)置并不能展現(xiàn)3D模型的外觀，因此就引入了貼圖來展示模型物體的表面紋理。請注意，貼圖是材質(zhì)的一部分，因?yàn)椴馁|(zhì)的本質(zhì)就是顏色，圖像是展示顏色的最好方式。但是，本章節(jié)要講的是PBR材質(zhì)。PBR全稱Physically Based Rendering，譯成中文是基于物理的渲染，是目前非常流行的一種擬真渲染技術(shù)。它是利用真實(shí)世界的原理和理論，通過各種數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)或簡化或模擬出一系列渲染方程，并依賴計算機(jī)硬件和圖形API渲染出擬真畫面的技術(shù)。

以上是電影《戰(zhàn)斗天使》的畫面。主角阿麗塔是計算機(jī)通過PBR技術(shù)渲染出來的虛擬角色。對于游戲而言，PBR材質(zhì)已經(jīng)成為了次時代游戲的標(biāo)配。Unity從5.0開始就支持PBR材質(zhì)了。Unity內(nèi)部實(shí)現(xiàn)機(jī)制遵循了PBR的基本準(zhǔn)則，支持金屬度，表面粗糙度，能量守恒，菲涅爾反射，表面陰影遮蔽等特性。

接下來，我們?nèi)匀辉凇癓ightDemo”工程中創(chuàng)建一個新的場景SampleScene2.unity。材質(zhì)也是一個資源，所以我們要在Project視圖中右鍵選擇“Create”->“Material”，然后重命名為“TestMaterial”即可，截圖如下：

我們選中“TestMaterial”材質(zhì)文件，然后查看它的Inspector檢視面板，查看它的屬性

在我們之前的很多章節(jié)中，我們已經(jīng)簡單使用過材質(zhì)了。我們基本上都是設(shè)置一個顏色值而已。修改的方式就是點(diǎn)擊“Albedo”后面的顏色框，非常的簡單。接下來，我們就系統(tǒng)性的講解一下材質(zhì)的各個屬性。

首先是Shader的分類：standard和standard(Specular setup)

兩者區(qū)別是，standard使用了金屬模擬的外觀，而standard(specular setup)使用鏡面模擬的外觀。兩者都支持PBR材質(zhì)，只是對應(yīng)的參數(shù)是不一樣的。我們一般使用標(biāo)準(zhǔn)著色器standard就行了。什么是Shader？它與材質(zhì)的關(guān)系是什么？在Unity中，材質(zhì)與Shader的關(guān)系很緊密，Shader是材質(zhì)的一部分，稱之為著色器。著色器的本質(zhì)就是一小段程序，它負(fù)責(zé)將網(wǎng)格模型和貼圖或者顏色按照指定的算法進(jìn)行渲染輸出。簡單的理解，Shader的作用是告訴GPU如何去繪制模型的每一個頂點(diǎn)的顏色以及最終每一個像素點(diǎn)的顏色。另外，Shader與渲染管線也有密切的關(guān)系。我們之前在DirectX課程中講過渲染管線的一些內(nèi)容，它是非常復(fù)雜的流程，包括坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，光照計算，光柵化等等。固定渲染管線已經(jīng)幫我們實(shí)現(xiàn)了大部分的流程，我們能夠做的大部分操作只是對模型的控制，但是如果想要實(shí)現(xiàn)逼真的現(xiàn)實(shí)世界的畫面，我們就需要對渲染管線的內(nèi)部流程進(jìn)行定制，也就是我們所說的可編程渲染管線。在Unity中就是通用渲染管線 (URP)和高清渲染管線 (HDRP)兩種。在這個渲染流程中，我們就可以使用Shader來實(shí)現(xiàn)基于物理的著色渲染（PBR）。可以說，Shader是可編程渲染管線中非常重要的一部分，也是實(shí)現(xiàn)AAA級游戲畫面的關(guān)鍵部分。

接下來就是“Rendering Mode”渲染模式，它有如下幾項(xiàng)可以選擇：Opaque（不透明），Cutout（裁剪），F(xiàn)ade（漸變），Transparent（透明）四種，他們影響的是透明效果，解釋如下：

1. Opaque此項(xiàng)為默認(rèn)設(shè)置，適用于沒有透明區(qū)域的普通固體對象，說白了就是不透明。

2. Cutout用于創(chuàng)建在不透明區(qū)域和透明區(qū)域之間具有硬邊的透明效果（只有透明和不透明）。

3. Transparent適用于渲染逼真的透明材質(zhì)（可以設(shè)置透明度），如玻璃效果。

4. Fade - 允許透明度值完全淡出對象，可對淡入或淡出的對象進(jìn)行動畫化。

我們以一張圖片為例，來說明“Rendering Mode”渲染模式的區(qū)別。

首先，我們創(chuàng)建一個Plane，然后調(diào)整它的參數(shù)，如下

?

接下來，我們將之前的一張照片（sunwukong.bmp）放置到Assets目錄下。

接下來，我們?nèi)绾螌D片添加材質(zhì)中呢？很簡單，只需要將圖片拖動到Albedo”前面的矩形框內(nèi)，不是后面的顏色框哦。如下所示

同時，在Project面板中材質(zhì)文件也會發(fā)生變化，

接下來，我們?nèi)绾螌⒉馁|(zhì)賦予Plane平面上面呢？直接拖動材質(zhì)文件到Plane上或者其Inspector檢視面板中即可。這樣拖動的最終設(shè)置如下

平面Plane的Mesh Renderer組件用于渲染游戲?qū)ο?，它的第一個屬性就是Materials材質(zhì)組。我們拖動的效果就是將我們的材質(zhì)賦予了材質(zhì)組的第一個材質(zhì)元素?；氐轿覀僑cene場景中，就會發(fā)現(xiàn)Plane會顯示我們的圖片了。

可能是由于我們對平面Plane的旋轉(zhuǎn)是不對的，因此我們重新調(diào)整一下。

我們Play運(yùn)行工程，查看效果

這是“Rendering Mode”渲染模式默認(rèn)Opaque的效果（不透明）。

這是Cutout裁剪的效果。

這是Fade漸變效果（與Cutout裁剪類似）。

這是Transparent透明效果。

接下來我們重點(diǎn)說一下PBR相關(guān)的參數(shù)：

Albedo：基礎(chǔ)色，可使用一個顏色值，也可用使用紋理貼圖。相當(dāng)于我們之前的漫反射顏色。

Metallic：金屬度，數(shù)值在0-1之間，也可以用金屬貼圖代替，此時Smoothness參數(shù)會消失。金屬度影響的是高光反射，數(shù)值越高，金屬感越強(qiáng)。金屬度貼圖本身是一張灰白圖，越白的地方，金屬度越強(qiáng)烈，越黑的地方金屬度越低。

Smoothness：光滑度，數(shù)值在0-1之間，表示材質(zhì)表面的粗糙程度，影響的是反射效果。

Smoothness Source：指定存儲光滑度數(shù)據(jù)的紋理通道，可選擇金屬度貼圖的Alpha通道或基礎(chǔ)色貼圖的Alpha通道。

請注意，金屬度和光滑度影響的是物體表面的反射情況，圖片可能無法看到這種效果。我們使用一個球體，并附加顏色值為（123,78,8,255）的橙黃色材質(zhì)來查看這兩個屬性的作用效果。默認(rèn)情況下，金屬度Metallic為0，且光滑度Smoothness為0.5，效果如下

我們可以清晰的看到高光部分，接下來我們調(diào)整光滑度Smoothness為0（金屬度也是0）

高光沒有了，接下來我們調(diào)整金屬度Metallic為0.5（光滑度是0）

顏色偏暗，接下來調(diào)整光滑度Smoothness為0.5（金屬度也是0.5）

現(xiàn)在就非常像一個金屬球了。

接下來介紹的是四個貼圖：Normal Map，Height Map，Occlusion和Detail Mask

1. Normal Map：法線貼圖；用于增加模型的表面細(xì)節(jié)；只是改變的表面上的光照結(jié)果，并沒有真正改變表面上的形狀。通過法線貼圖使物體低模物體表面具有高度的細(xì)節(jié)效果。法線貼圖本身是一張藍(lán)色的凹凸圖。它的原理就是將模型表面的法線向量(x, y, z)存儲到一個 RGB 紋理貼圖中。法線貼圖一般都是通過高模烘焙得到的，并不是手繪的。

2. Height Map：高度圖，法線貼圖和高度貼圖都是凹凸貼圖（Bump Map）。它們都是用貼圖，去展現(xiàn)低模的表面細(xì)節(jié)，但它們以不同的方式存儲數(shù)據(jù)。高度圖應(yīng)為灰度圖像，白色區(qū)域表示紋理的高區(qū)域，黑色表示低區(qū)域。與法線貼圖對比，這種技術(shù)更復(fù)雜，性能也更高。高度圖和法線貼圖可以一起搭配使用。

3. Occlusion 稱之為AO貼圖，負(fù)責(zé)環(huán)境光和環(huán)境光反射產(chǎn)生的間接光照，主要用于改善陰影，給場景(模型)更多的深度，有助于更好的表現(xiàn)模型的細(xì)節(jié)。AO 貼圖本身是一張灰白圖。

4. Detail Mask 細(xì)節(jié)遮罩貼圖，這個貼圖是配合“Secondary Maps”中的 Detail Albedo，Normal Map 兩張貼圖配合使用的，可以屏蔽模型的某些區(qū)域的細(xì)節(jié)紋理。這意味著您可以在某些區(qū)域顯示細(xì)節(jié)紋理，某些區(qū)域不顯示。這里順便說一下“Secondary Maps”，也就是細(xì)節(jié)貼圖，主要在近距離觀察時具有清晰的表面細(xì)節(jié)。

最后在介紹一個“Emission”，也就是讓模型自發(fā)光，這個比較簡單。

總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)基于PBR材質(zhì)的渲染，能夠達(dá)到非常逼真的效果。但是，它需要很多的貼圖來支持，這就需要美工人員來進(jìn)行制作。現(xiàn)代游戲的研發(fā)流程：美術(shù)用建模軟件，建立高模模型，然后制作出法線貼圖。然后把這個法線貼圖，用于減面之后的低模模型上，這樣就能用普通貼圖，在低模上渲染出高模上的細(xì)節(jié)。在軟件使用上，除了我們?nèi)粘Ｊ褂玫?ds max和maya之外，推薦大家使用Substance 這款軟件。Substance是Allegorithmic公司的一套PBR美術(shù)制作工具，包括Substance Painter和Substance Designer兩款軟件。其中，Substance Painter是PBR貼圖繪制軟件，該軟件提供了大量的畫筆與材質(zhì)，可以讓我們輕輕松松的導(dǎo)入自己的模型，然后繪制輸出PBR貼圖。2019年初，Adobe公司收購Substance Painter和Substance Designer的開發(fā)公司Allegorithmic。隨后，Adobe就發(fā)布了Substance 3D 全家桶，全新發(fā)布的 Adobe Substance 3D 系列應(yīng)用軟件由 Substance 套件進(jìn)化而來。例如，Substance 3D Stager是三維場景搭建軟件，Substance 3D Painter是次世代游戲貼圖繪制軟件，Substance 3D Sampler是真實(shí)材質(zhì)貼圖制作軟件，Substance 3D Designer是三維貼圖材質(zhì)制作軟件。目前使用比較多的是Adobe Substance 3D 2022版本，對應(yīng)是Substance Painter是7.4版本。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-563595.html

到了這里，關(guān)于第二十三章 Unity 材質(zhì)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！